Diseño y construcción de robot manipulador para plataforma en robot móvil de exploración

Abstract

La automatización y el desarrollo de tecnologías a nivel global incrementan la aplicación de robótica en diferentes áreas de investigación, como lo es el caso de exploración y reconocimiento de terrenos. La exploración de terrenos desconocidos y de difícil acceso para la humanidad, ha llevado a incrementar la autonomía de los robots, así como a la asistencia o complemento mediante la implementación de brazos teleoperados. De esta forma, el presente proyecto consistió en el desarrollo de un dispositivo robótico capaz de transportar y manipular objetos y herramientas para asistencia de manera remota. Con el fin de abordar el problema planteado para manipulación de herramientas y levantamiento de objetos, se consultaron antecedentes de robots manipuladores y robots teleoperados. El proceso de desarrollo se realizó mediante el método de diseño de Karl T. Ulrich, con una metodología estructurada para el diseño concurrente. Por medio de esta herramienta de ingeniería se analizaron las diferentes necesidades y requerimientos de la competencia University Rover Challenge, la cual aborda la problemática de exploración de entornos de difícil acceso, por lo que es referente para definir los alcances del proyecto. De igual forma, esta metodología permitió la creación y selección de conceptos de diseño que fueron evaluados y validados mediante simulaciones y prototipado. La evaluación de conceptos, así como, el análisis de esfuerzos y materiales, propiciaron el desarrollo final de una estructura robótica con morfología antropomórfica de 6 grados de libertad que incorpora un efector final de 3 dedos. Este manipulador robótico se desarrolló con la capacidad de ensamblarse en una plataforma robótica móvil, y la capacidad para percibir el entorno (mediante Cámara), manipular herramientas, recolectar muestras de tierra y levantar objetos de hasta 1 Kg. El dispositivo desarrollado cumple requerimientos para participar en la competencia University Rover Challenge, y servirá como guía para posteriores desarrollos y aplicaciones prácticas de robótica de estudiantes que incursionan en este campo de investigación.

Automation and the development of technologies at a global level are increasing the application of robotics in different areas of research, as in the case of terrain exploration and reconnaissance. The exploration of unknown terrain and difficult access for mankind, has led to increase the autonomy of robots, as well as the assistance or complement through the implementation of teleoperated arms. Thus, the present project consisted in the development of a robotic device capable of transporting and manipulating objects and tools for remote assistance. In order to address the problem posed for tool manipulation and lifting of objects, background information on manipulator robots and teleoperated robots was consulted. The development process was carried out using Karl T. Ulrich's design method, with a structured methodology for concurrent design. This engineering tool was used to analyze the different needs and requirements of the University Rover Challenge competition, which addresses the problem of exploration of difficult to access environments, making it a reference for defining the scope of the project. Likewise, this methodology allowed the creation and selection of design concepts that were evaluated and validated through simulations and prototyping. The evaluation of concepts, as well as the analysis of efforts and materials, led to the final development of a robotic structure with an anthropomorphic morphology of 6 degrees of freedom that incorporates a 3-finger end effector. This robotic manipulator was developed with the ability to be assembled on a mobile robotic platform, and the capacity to perceive the environment (by means of a camera), manipulate tools, collect soil simples, and lift objects up to 1 kg. The developed device meets the requirements to participate in the University Rover Challenge competition and will serve as a guide for further development and practical applications of robotics for students who venture into this field of research